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难度堪比太空对接
[交大智慧]上海交大海上实测技术突破厘米级定位[图]
[发布时间]: 2017年06月07日
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[责任编辑]: 祝恒平 郑茂

[编者按]一百多年来,交大人用知识和智慧创造累累硕果,谱写了近现代史上的诸多“第一”。这是人才培养的智慧、科学研究的智慧、服务社会的智慧、为国争光的智慧。新闻网特推出“交大智慧”专栏,聚焦交大人的智慧之光,展现交大人为国家发展和社会进步作出的重大贡献。

近日,上海交大海洋工程国家重点实验室实测团队与中远海运特运(COSCOL)和DNVGL合作,在马来西亚海域连续完成两个动力定位浮托安装实测项目。这是上海交大海上实测团队在完成7个国内海上安装实测项目之后,首次走出国门,在国际油价低迷的大背景下,与多家全球知名的测绘公司同台竞技,通过国际竞标取得的项目。  

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“祥瑞口”轮在监测系统的精确引导下稳稳驶入导管架

海上平台浮托安装是将重达2-3万吨级的平台上部组块整体运输至安装海域,利用潮位和载重变化,直接对接安装到固定式腿柱上,通常采用动力定位辅助这种整体安装。浮托安装主要包括“进船-对接-沉放-退船”四个阶段:承载着数万吨的上部组块的安装船首先开进腿柱内,精确对准各个腿柱,并通过调节压载水将上部组块重量逐步转移到导管架上,然后通过继续增加压载水实现船体与上层模块的分离,最后将船体退出导管架,完成整个安装过程。该安装作业的海洋环境复杂多变, 对气候窗、船体运动、受力等要求都很苛刻。其难度堪比“天宫二号”的太空对接。  

在这两次马来西亚海域浮托安装项目中,如何将长达216米、宽达43米的“祥瑞口”轮这艘五万吨级的半潜船,准确驶入两侧间隙只有几厘米的导管架,是安装成功与否的关键。浮托进船只有一次机会,只能成功不能失败,否则,就会给业主造成巨大的经济损失。为此,动力定位安装船需要在距离导管架一千米就要进入准备状态,实时关注船体的航向及其与导管架之间的相对位置,确保船体可以平稳地进入导管架,并顺利完成对接。同时,还需要紧密监测现场的海洋环境,确保船体运动和距离符合设计要求,万无一失。整个安装过程需要海上监测团队提供实时、全面、精准的测量数据,否则,指挥者就如蒙着眼睛开车,风险不言而喻。  

以往采用国外测绘公司提供的浮托监测,实际导航定位只能达到亚米级精度,有时候实际测量的偏差甚至会达到10多米。这是因为高精度的海上定位导航不仅需要先进的GPS卫星导航系统,更需要精确可靠的现场测绘数据。在茫茫大海中实现厘米级的定位意味着经纬度偏差必须小于千万分之一度。此外,海上安装监测还存在标定验证困难、不容纠错的特点。根据如此严格的工程需求,交大实测团队自主探索了浮托现场测绘技术,实现了高效快速的测绘方案设计,在海上建立局部坐标系,导管架和上部组块的精确测绘,全局坐标与局部坐标的换算,系统精度的海上标定,步步为营,环环相扣,成功突破了厘米级的定位精度。在此基础上,交大实测团队自主创新研发了浮托安装进船引导系统,在实测过程中真正实现了厘米级的进船引导定位。此外,交大实测团队还研发了组块分离监测系统和海洋环境综合监测平台,形成了一套完整的浮托安装现场监测系统。这套监测系统的研发过程非常艰难。实测团队积累了近百个新技术点,重点突破了大型海上结构物厘米级定位与标定技术、复杂海洋环境下设备组网技术、智能化数据实时处理和分析技术等多项关键技术,最终成功实现“设备稳定运转、数据精确及时、全程无需值守”的既定目标。这些成果完全具备自主知识产权,部分成果为国际首创。  

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实测团队在韩国现代重工蔚山海工基地预安装设备合影

实测团队在海上安装成功后合影

这两次实测项目圆满完成,有力保障了价值数亿美元的平台安装的成功,获得了马来西亚国家石油公司(PETRONAS)、韩国现代重工(HHI)、中远海运特运(COSCOL)、DNV GL、ADPS等国内外同行的高度评价,标志着上海交大海上实测技术已达国际先进水平。  

 

[作者]: 海洋工程国家重点实验室 
[摄影]: 王勇 等
[供稿单位]: 船舶海洋与建筑工程学院
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